Облает техники Устройство находит применение для производства энергии в l· качестве мультиплицирующего пьезоэлектрического коллектора в условиях переменного внешнего давления.

Состояние техники

Известны различные пьезоэлектрические измерительные устройства и коллекторы ^ энергии в условиях переменного давления, применяемого к ним (например, при

: ! ί · движении пешеходов или автомобилей, при переменном акустическом давлении и т.

Д·)·

Сущность изобретения

Задачей настоящего изобретения является создание устройства, служащего мультиплицирующим пьезоэлектрическим коллектором в условиях! переменного внешнего давления.

Задача выполняется устройством, состоящим из следующих элементов: i

- рама с одной или несколькими внутренними поперечными опорами и одной или несколькими промежуточными поперечными опорами;

- с каждой внутренней поперечной опоры и с каждой промежуточной поперечной н ; опоры соединен один пьезоэлемент, которой соединен с электрической сетью, причем М: : каждый пьезоэлемент закрыт закругленной подвижной крышкой; ;

- внутренний соединительный . элемент навинчивается вокруг каждой внутренней поперечной опоры;

- с внутренним соединительным элементом внутренней поперечной опоры соединен один конец гибкого соединения, которое расположено вокруг каждой промежуточной поперечной опоры и контактирует с каждой закругленной подвижной крышкой, под углом сгибания гибкого соединения в зоне контакта с закругленной подвижной крышкой больше 0°; второй конец гибкого соединения связан с внешним соединительным элементом. В одном варианте осуществления угол, под которым сложено гибкое соединение в каждой зоне контакта со скругленной подвижной крышкой, составляет 90°. ί L

В другом варианте осуществления угол, под которым сложено гибкое соединение в

. < : каждой зоне контакта со скругленной подвижной крышкой, составляет 180 ^р . ;;

В другом варианте осуществления одна или несколько промежуточных поперечных опор являются двусторонними, с одним пьезоэлектрическим элементом, прикрепленным к каждой из двухсторонних промежуточных поперечных;; опор, соединенным с электрической сетью, причем каждая из двух противоположных сторон каждого пьезоэлектрического элемента накрыта закругленной подвижной крышкой; гибкое соединение расположено вокруг двусторонних промежуточных поперечных опор и находится в контакте с каждой закругленной подвижной крышкой; угол, под которым согнуто гибкое соединение в каждой зоне контакта со закругленной подвижной крышкой составляет 180°; и угол, под которым согнуто гибкое соединение вокруг каждой двусторонней промежуточной поперечной опоры, составляет 360°. :

В другом варианте осуществления устройство включает в себя одну или несколько подвесных поперечных опор, число которых равно N, что является целы числом; пьезоэлектрический элемент прикреплен к каждой подвесной поперечной опоре и

:i ; соединен с электрической сетью, причем каждый пьезоэлектрический элемент Докрыт закругленной подвижной крышкой; второй конец гибкого соединения соединен с внешним соединительным элементом через систему, состоящую из подвесных поперечных опор и гибких соединении, причем число гибких соединении равно N+1, причем первый конец каждого гибкого соединения соединен с соответствующая внутренняя поперечная опора и второй конец каждого гибкого соединения, кроме последнего, соединены со следующей подвесной поперечной опоры, вокруг которой расположено следующее гибкое соединение; второй конец последнего гибкого соединения соединен с внешним соединительным элементом.

Описание фигур

Фигура 1 представляет собой вид сбоку мультиплицирующего пьезоэлектрического коллектора с двумя промежуточными поперечными опорами и гибким соединением, согнутым под углом 90°. i; ; i

Фигура 2 представляет собой вид сбоку мультиплицирующего пьезоэлектрического; коллектора с тремя промежуточными поперечными опорами и гибким соединением, согнутым на 180 °. 1

Фигура 3 представляет собой вид сбоку мультиплицирующего пьезоэлектрического коллектора с тремя промежуточными поперечными опорами, две из которых являются двусторонними, и с гибким соединением, согнутым на 2 х 180 °. ί

- ;

Фигура 4 - вид сбоку мультиплицирующего пьезоэлектрического коллектора с тремя !

: ; промежуточными поперечными опорами, двумя подвесными поперечными опорами и тремя гибкими соединениями, согнутыми на 180 °. ;

_· :

Примеры реализации

: ;

В одном примере на фиг Л показано устройство согласно настоящему изобретению, которое состоится из следующих элементов: ; г

- рама (1) с одной внутренней поперечной опоры (2) и двумя промежуточными | поперечными опорами (3), прикрепленние к нее;

- с каждой внутренней поперечной опоры (2) и с каждой промежуточной поперечной опоры (3) соединен один пьезоэлемент (4), которой соединен с электрической сетью ; (5), причем каждый пьезоэлемент (4) закрыт закругленной подвижной крышкой (6);

- внутренний соединительный элемент (7) навинчивается вокруг каждой внутренней поперечной опоры (2);

- с внутренним соединительным элементом (7) внутренней поперечной опоры (2) ; соединен один конец гибкого соединения (8), которое расположено вокруг каждой ; промежуточной поперечной опоры (3) и контактирует с каждой закругленной ; подвижной крышкой (6), под углом сгибания гибкого соединения (8) в зоне контакта с I закругленной подвижной крышкой (6) составляющий 90°; второй конец гибкого соединения (8) связан с внешним соединительным элементом (9), к которому применяется внешнее переменное натяжение.

: ; ;

При своем действии, когда внешнее переменное натяжение размера Q прикладывается ^; к внешнему соединительному элементу (9), оно вызывает натяжение гибкого соединения (8) по всей его длине. При этом гибкое соединение (8) оказывает боковое | давление на закругленную подвижную крышку (6) каждой промежуточной поперечной опоры (3) в размере 1,414Q (л/2) - из-за угла 90°, создаваемого гибким соединением (8)

*[1] - и это давление передается на соседний пьезоэлемент (4). Кроме того, гибкое ! соединение (8) оказывает линейное натяжение на внутренний соединительный элемент ί

^: : j ^;

(7) размера Q, и это натяжение передается как давление на закругленную подвижную : крышку (6) внутренней поперечной опоре (2) и на ее пьезоэлектрический элемент (4). В ^! результате каждый пьезоэлектрический элемент (4) генерирует пропорциональный : электрический импульс, который передается посредством его подключения к электрической сети (5). Общий коэффициент умножения энергии внешнего давления, достигнутый этой пьезоэлектрической конфигурацией, составляет приблизительно 3,83Q. Этот процесс генерации энергии продолжается, пока внешний соединительный элемент (9) остается подверженным внешнему переменному натяжению.,

В другом примере на фиг.2 показано устройство согласно настоящему изобретению, которое состоится из следующих элементов:

- рама (1) с одной внутренней поперечной опоры (2) и с тремя промежуточными поперечными опорами (3), прикрепленние к нее;

- с каждой внутренней поперечной опоры (2) и с каждой промежуточной поперечной ί опоры (3) соединен один пьезоэлемент (4), которой связан к электрической сетью (5), причем каждый пьезоэлемент (4) закрыт закругленной подвижной крышкой (6);

- внутренний соединительный элемент (7) навинчивается вокруг каждой внутренней поперечной опоры (2);

- с внутренним соединительным элементом (7) внутренней поперечной опоры (2) соединен один конец гибкого соединения (8), которое расположено вокруг каждой промежуточной поперечной опоры (3) и контактирует с каждой закругленной подвижной крышкой (6), под углом сгибания гибкого соединения (8) в зоне контакта с закругленной подвижной крышкой (6) составляющий 180°; второй конец гибкого соединения (8) связан с внешним соединительным элементом (9), к которому применяется внешнее переменное натяжение.

При своем действии, когда внешнее переменное натяжение размера Q прикладывается к внешнему соединительному элементу (9), оно вызывает натяжение гибкого соединения (8) по всей его длине. При этом гибкое соединение (8) оказывает боковое давление на закругленную подвижную крышку (6) каждой промежуточной поперечной опоры (3) в размере 2Q, двукратно больше линейного натяжения гибкого соединения (8) *[1] - из-за угла 180°, создаваемого гибким соединением (8) - и это давление! передается на соседний пьезоэлемент (4). Кроме того, гибкое соединение (8) оказывает линейное натяжение на внутренний соединительный элемент (7) размера Q, и это натяжение передается как давление на закругленную подвижную крышку (6) внутренней поперечной опоре (2) и на ее пьезоэлектрический элемент (4). В результате каждый пьезоэлектрический элемент (4) генерирует пропорциональный электрический импульс, который передается посредством его подключения к электрической сети (5). - Общий коэффициент умножения энергии внешнего давления, достигнутый этой ^: пьезоэлектрической конфигурацией, составляет приблизительно 7Q. Этот процесс генерации энергии продолжается, пока внешний соединительный элемент (9) остается подверженным внешнему переменному натяжению.

В другом примере на фиг.З показано устройство согласно настоящему изобретению, : которое состоится из следующих элементов:

;

- рама (1) с одной внутренней поперечной опоры (2), с одной промежуточной поперечной опоры (3), и с двумя двусторонними промежуточными поперечными

* ! опорами (10), прикрепленние к нее;

- с каждой внутренней поперечной опоры (2), промежуточной поперечной опоры (3), и двусторонной промежуточной поперечной опоры (10) соединен один пьезоэлемёнт (4), которой связан к электрической сетью (5), причем каждый пьезоэлемент (4) закрыт закругленной подвижной крышкой (6); i I

- внутренний соединительный элемент (7) навинчивается вокруг каждой внутренней поперечной опоры (2);

- с внутренним соединительным элементом (7) внутренней поперечной опоры (2) соединен один конец гибкого соединения (8), которое расположено вокруг каждой промежуточной поперечной опоры (3) и контактирует с каждой закругленной подвижной крышкой (6), под углом сгибания гибкого соединения (8) в Зоне контакта с каждой закругленной подвижной крышкой (6) составляющий 180°, и угол, под которым согнуто гибкое соединение вокруг каждой двусторонней промежуточной поперечной опоры, составляющий 360°; второй конец гибкого соединения (8) связан с внешним i соединительным элементом (9), к которому применяется внешнее переменное натяжение. При своем действии, когда внешнее переменное натяжение размера Q прикладывается к внешнему соединительному элементу (9), оно вызывает натяжение гибкого соединения (8) по всей его длине. При этом гибкое соединение (8) оказывает боковое давление на закругленную подвижную крышку (6) промежуточной поперечной опоры (3) в размере 2Q - из-за угла 180°, создаваемого гибким соединением (8) *[1] - и это давление передается на соседний пьезоэлемент (4). Кроме того, гибкое соединение (8) оказывает боковое давление на закругленные подвижные крышки (6) двусторонних промежуточных опор (10) и на их пьезоэлектрические элементы (4) в размере 2 X 2Q = 4Q - в два раза двукратно больше линейного натяжения гибкого соединения (8), из-за угла 2 X 180°, под которым сжимается гибкая связь (8) *[1] . Кроме того, гибкое соединение (8) оказывает линейное натяжение на внутренний соединительный элемент (7) размера Q, и это натяжение передается как давление на закругленную подвижную крышку (6) внутренней поперечной опоре (2) и на ее пьезоэлектрический элемент (4). В результате каждый пьезоэлектрический элемент (4) генерирует пропорциональный электрический импульс, который передается посредством его подключения к электрической сети (5). Общий коэффициент умножения энергии внешнего давления, достигнутый этой пьезоэлектрической конфигурацией, составляет приблизительно 11Q. Этот процесс генерации энергии продолжается, пока внешний соединительный элемент (9) остается подверженным внешнему переменному натяжению.

В другом примере на фиг.4 показано устройство согласно настоящему изобретению, которое состоится из следующих элементов:

- рама (1) с тремя внутренними поперечными опорами (2), и с тремя промежуточными поперечными опорами (3), прикрепленние к нее;

- две подвесные поперечные опоры (11) служат для передачи механического воздействия между тремя гибкими соединениями (8); ;

- с каждой внутренней поперечной опоры (2), промежуточной поперечной опоры (3), и подвесной поперечной опоры (11) соединен один пьезоэлемент (4), которой связан к электрической сетью (5), причем каждый пьезоэлемент (4) закрыт закругленной подвижной крышкой (6);

- внутренний соединительный элемент (7-1) навинчивается вокруг внутренней поперечной опоры (2-1);

- с внутренним соединительным элементом (7-1) внутренней поперечной опоры (2-1) соединен один конец гибкого соединения (8-1), которое расположено вокруг каждой промежуточной поперечной опоры (3) и контактирует с каждой от их закругленной подвижной крышкой (6), под углом сгибания гибкого соединения (8-1) в зоне контакта с каждой закругленной подвижной крышкой (6) составляющий 180°; второй конец гибкого соединения (8-1) связан с подвесной поперечной опоры (11-1);

- с внутренним соединительным элементом (7-2) внутренней поперечной опоры; (2-2) соединен один конец гибкого соединения (8-2), которое расположено вокруг подвесной поперечной опоры (11-1) и контактирует с ее закругленной подвижной крышкой (6), под углом сгибания гибкого соединения (8-2) в зоне контакта с закругленной подвижной крышкой (6) составляющий 180°; второй конец гибкого соединения (8-2) связан с подвесной поперечной опоры (11-2);

- с внутренним соединительным элементом (7-3) внутренней поперечной опоры (2-3) соединен один конец гибкого соединения (8-3), которое расположено вокруг подвесной поперечной опоры (11-2) и контактирует с ее закругленной подвижной крышкой (6), под углом сгибания гибкого соединения (8-3) в зоне контакта с закругленной подвижной крышкой (6) составляющий 180°; второй конец гибкого соединения (8-3) связан с внешним соединительным элементом (9), к которому применяется внешнее переменное натяжение.

При своем действии, когда внешнее переменное натяжение размера Q прикладывается к внешнему соединительному элементу (9), оно вызывает натяжение гибкого соединения (8-3) по всей его длине. При этом гибкое соединение (8-3) оказывает боковое давление на закругленную подвижную крышку (6) подвесной поперечной опоры (11-2) в размере 2Q, двукратно больше линейного натяжения гибкого соединения (8-3) - из-за угла 180°, создаваемого гибким соединением (8-3) *[1] - и это давление передается на соседний пьезоэлемент (4) и на гибкое соединение (8-2). Кроме того, гибкое соединение (8-3) оказывает линейное натяжение на внутренний соединительный элемент (7-3) размера Q, и это натяжение передается как давление на закругленную подвижную крышку (6) внутренней поперечной опоре (2-3) и На ее пьезоэлектрический элемент (4). В то же время гибкое соединение (8-2) оказывает боковое давление на закругленную подвижную крышку (6) подвесной поперечной опоры (11-2), в размере 4Q, двукратно больше линейного натяжения гибкого соединения (8-2) - из-за угла 180°, создаваемого гибким соединением (8-2) *[1] - и это давление передается на соседний пьезоэлемент (4) и на гибкое соединение (8-1). Кроме того, гибкое соединение (8-2) оказывает линейное натяжение на внутренний соединительный элемент (7-2) размера 2Q, и это натяжение передается как давление на закругленную подвижную крышку (6) внутренней поперечной опоре (2-2) и на ее пьезоэлектрический элемент (4). В то же время гибкое соединение (8-1) оказывает боковое давление на каждую закругленную подвижную крышку (6) тремя промежуточным поперечным опор (3) в размере 8Q - двукратно больше линейного натяжения гибкого соединения (8-1), из-за угла 180°, создаваемого гибким соединением (8-1) *[1] - и это давление передается на каждый соседний пьезоэлемент (4). Кроме того, гибкое соединение (8-1) оказывает линейное натяжение на внутренний соединительный элемент (7-1) размера 4Q, и это натяжение передается как давление на закругленную подвижную крышку (6) внутренней поперечной опоре (2-1) и на ее пьезоэлектрический элемент (4). В результате каждый пьезоэлектрический элемент (4) генерирует пропорциональный электрический импульс, который передается посредством его подключения к электрической сети (5). Общий коэффициент умножения энергии внешнего давления, достигнутый этой пьезоэлектрической конфигурацией, составляет приблизительно 37Q. Этот процесс генерации энергии продолжается, пока внешний соединительный элемент (9) остается подверженным внешнему переменному натяжению.

Применение изобретения

Изобретение имеет применение в качестве мультиплирующего пьезоэлектрического коллектора энергии в условиях переменного внешнего давления. При этом существует возможность для очень высокой энергетической производительности, обеспечиваемая двумя способами: допустимым неограниченным количеством промежуточных поперечных опор, поддерживаемых пьезоэлектрическими элементами, которые подвергаются давлению со стороны каждого гибкого соединения; и с помощью специальных механизмов подвески, предусмотренных в изобретении, которые умножают многократно отношение приложенного давления к давлению, приложенному снаружи.

Список обозначении

1. Рама

2. Внутренняя поперечная опора

3. Промежуточные поперечные опоры

4. Пьезоэлектрические элементы 5. Электрическая сеть

6. Закругленные подвижные крышки

7. Внутренний соединительный элемент

8. Гибкое соединение

9. Внешний соединительный элемент

10. Двусторонние поперечные опоры

11. Подвесние поперечные опоры

Литература: [1] Handbook of rigging: Lifting, Hoisting, and Scaffolding for Construction and Industrial operations (Fifth edition, 2009); MacDonald, Joseph A. et al; ISBN: 978-0-07- 164092-3; pp. 369-388; table 18-1, p. 378.